基于comsol热黏性声学模块仿真声学超材料的声学特性

研究内容：

传统的声学吸收器被用于具有与工作波长相当的厚度的结构，这在低频范围的实际应用中造成了主要障碍。我们提出了一种基于超表面的完美吸收体，能够在极低频区域实现声波的完全吸收。具有深亚波长厚度至特征尺寸k＝223的超表面由多孔板和螺旋共面气室组成。基于完全耦合的声学热力学方程和理论阻抗分析的模拟被用于揭示基础物理和声学性能，显示出极好的一致性。

图1.传统微穿孔板与声学超表面的结构示意图

图2.论文中阻抗分析和数值模拟的吸声系数曲线

数值模拟：

在comsol中利用热黏性声学接口对声学超材料的声学特性进行仿真分析。建立的几何模型如下所示。

图3.几何模型的构建

吸声系数曲线的数值模拟值如下所示：

图4.数值模拟中的吸声系数

理论计算：

通过声电类比法计算得到声学超表面的吸声系数，其理论计算如下：

首先由经典的微穿孔理论得到吸声结构的声阻抗和吸声系数：

yc为环绕型腔体的等效声阻抗：

在计算软件中导入吸声系数理论计算的公式，从而计算出吸声系数曲线

吸声系数曲线的理论计算值如下所示

图5.理论计算得到的吸声系数

综上，理论计算和数值分析的吸声系数曲线具有很好的一致性，同时与论文中的结果完全相同。